“追時間的人”：他們設(shè)計的原子鐘上萬年才會有一秒誤差
新華社北京２月１４日電?題：“追時間的人”：他們設(shè)計的原子鐘上萬年才會有一秒誤差
新華社記者胡喆
春節(jié)前，我國采取“一箭雙星”方式，成功發(fā)射北斗三號第五、六顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星。不僅在發(fā)射場，在全球各地，許多默默無聞的工作人員，仍在為“中國北斗聯(lián)天下”的目標(biāo)而堅守。
“時間都去哪兒了？”在北京西郊的中國航天科工集團二院２０３所，就有這樣一群“追時間的人”。如何讓中國導(dǎo)航衛(wèi)星的時間“萬年誤差一秒”，是他們孜孜以求的目標(biāo)。新春將至，他們的時間之旅未曾停歇。
“萬年誤差一秒”：僅少數(shù)國家具有獨立研制能力的原子鐘
導(dǎo)航衛(wèi)星的時空精度，是標(biāo)注導(dǎo)航系統(tǒng)先進(jìn)程度的“卡尺”。此次發(fā)射的兩顆北斗三號導(dǎo)航衛(wèi)星上，均裝載了２０３所研制的高精度星載銣原子鐘，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平——上萬年才會有一秒誤差。
“２０１５年９月３０日，２０３所第一臺氫鐘上星；２０１６年２月１日，北斗二代二期第二顆試驗星，２０３所第二臺氫鐘；２０１８年１月１２日北斗三號組網(wǎng)一箭雙星，２０３所第三臺、第四臺氫鐘隨之而上……”對于氫原子鐘的發(fā)射時間，團隊骨干王文明博士如數(shù)家珍。他笑著說：“這些時間對于我們來說是刻骨銘心的，比孩子的生日都記得清?！?/p>
生活中常以分秒來計時，在當(dāng)今太空探測、通信導(dǎo)航、天文觀測、工業(yè)自動化等領(lǐng)域，越來越需要更精密的時間測量，時間常常被準(zhǔn)確到萬分之一秒，甚至百萬分之一秒，為了達(dá)到要求，許多精密的計時器誕生，原子鐘就是其中之一。
據(jù)了解，原子鐘是利用原子在不同能級（數(shù)值高度確定）吸收或釋放能量時發(fā)出的電磁波的頻率的周期作為計時單位的。由于這種電磁波產(chǎn)生于原子內(nèi)部微觀運動,其頻率屬于自然頻率，所以非常穩(wěn)定。其研發(fā)涉及量子物理學(xué)、電學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等眾多學(xué)科，目前國際上僅少數(shù)國家具有獨立研制能力。
媲美“ＧＰＳ、伽利略”：十年磨礪“鐘成功”
在北斗三號第三、第四顆組網(wǎng)衛(wèi)星上，已經(jīng)應(yīng)用的氫原子鐘在重要技術(shù)指標(biāo)，如頻率穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度及日漂移率等方面具有明顯優(yōu)勢。它應(yīng)用可使北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具備更高的定位精度、全球覆蓋及較長的自主導(dǎo)航能力，顯著降低北斗導(dǎo)航系統(tǒng)全球應(yīng)用時的校時壓力。
為了攻克關(guān)鍵技術(shù)，研制團隊可謂是“追著時間做時間?！痹隅姷恼{(diào)試測試周期都很長，尤其在調(diào)試測量日頻率穩(wěn)定度時，一改錐下去、打開機蓋，就意味著要等１５天時間，才能準(zhǔn)確評估這臺鐘是否達(dá)標(biāo)，兩改錐就一個月出去了。２０３所原子頻率標(biāo)準(zhǔn)研究室主任高連山說，“原子鐘要花費大量時間來進(jìn)行調(diào)試，這是一項對工程經(jīng)驗要求極高又極耗費精力、時間的心血活兒，成功來之不易?！?/p>
２０３所黨委書記韓志平表示，２０３所是國內(nèi)唯一同時具有氫鐘、銣鐘、銫鐘生產(chǎn)能力的研制單位，在當(dāng)前全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，美國ＧＰＳ采用了銫原子鐘和銣原子鐘結(jié)合的方式。歐盟的伽利略、俄羅斯的三代格洛納斯以及我國正在建設(shè)的北斗三號，均采用銣原子鐘和被動型氫原子鐘相結(jié)合的授時方式。
２０３所團隊用了近十年的時間，相繼解決了一系列技術(shù)問題，使星載氫鐘長期頻率穩(wěn)定度大幅提高，增強了整機的環(huán)境適應(yīng)性。最終攻克了指標(biāo)優(yōu)化，整機小型化、輕量化技術(shù)研究，空間環(huán)境適應(yīng)性、可靠性與長壽命技術(shù)研究等關(guān)鍵技術(shù)難題。
“目前，２０３所研制的星載氫鐘在技術(shù)性能及可靠性上均達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平，可與世界其他三大導(dǎo)航系統(tǒng)相媲美?！表n志平說。
精益求精不心存僥幸 成功的秘訣源于熱愛
又是一年新春時，２０３所這些“追時間的人”，沒有放慢腳步。產(chǎn)品技術(shù)攻關(guān)階段曾有兩年最為艱辛，２０３所氫原子鐘團隊的小伙子們幾乎全年無休，只有過大年才放了三天假。
“出去吃飯的時候，街上冷冷清清，飯館都關(guān)門了，大家才反應(yīng)過來，這是過年了，人家都回家過年去了?！蓖跷拿鞲嬖V記者，在他們的腦海里，沒有過年的概念，只想著盡快把我們自己的鐘研制出來。
在軌服役的氫原子鐘電離啟輝問題，是２０３所原子鐘團隊面臨的一個重要技術(shù)難題。“歐洲伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)的星載氫鐘，就是因為氫鐘電離泡啟輝異常導(dǎo)致整鐘失效?！表椖控?fù)責(zé)人李晶介紹，在攻克電離泡啟輝的難題中，要把電離泡點亮，不僅要能亮，還要每次都亮，而且要一直亮，要精益求精不心存僥幸。
星載氫原子鐘攻關(guān)過程中，２０３所星載原子鐘團隊經(jīng)歷了諸多從無知到有知再到深知的過程。“只有過來人才能體會那種痛并快樂的過程?！蓖跷拿髡f。
時間都放在做科研上，不枯燥嗎？李晶向記者坦言：“作為國家重大戰(zhàn)略，任務(wù)來了，我們責(zé)無旁貸，必須要干，而且還要出色完成任務(wù)，這是使命感；作為一個專業(yè)，這需要發(fā)自內(nèi)心的喜歡，徜徉于原子鐘研制的海洋里，如愛好一般不能自已?！?/p>
新春的鐘聲即將敲響，當(dāng)千家萬戶歡聚一堂、共話美好時光的時刻，這群“追時間的人”永遠(yuǎn)在路上，他們探索科學(xué)的時空，沒有邊界。
